新能源汽车与电力电子技术（第2版）_康龙云令狐金卿_9787111696254

新能源汽车具有良好的环保性能和可以多种能源为动力的特点，既可以保护环境，又可以缓解能源短缺和调整能源结构，保障能源供应安全。本书介绍了电力电子技术在新能源汽车中的应用，详细讨论了新能源汽车的结构特点与工作原理，对新能源汽车使用的蓄电池、太阳电池、燃料电池、电机及其驱动系统、能源管理系统、电池均衡系统、电源变换装置、能量回馈系统及充放电系统进行了深入的分析，以易懂、易读、易用为目标，对新能源汽车的*新技术和未来的发展趋势进行详细、全面的介绍。
本书可供从事新能源汽车研究与设计的工程技术人员高校相关专业师生和对节能环保技术感兴趣的人士阅读参考。

序言1974年美国学者W. Newell提出了电力电子技术学科的定义，电力电子技术是由电气工程、电子科学与技术和控制理论三个学科交叉而形成的。电力电子技术是依靠电力半导体器件实现电能的高效率利用，以及对电机运动进行控制的一门学科。电力电子技术是现代社会的支撑科学技术，几乎应用于科技、生产、生活各个领域：电气化、汽车、飞机、自来水供水系统、电子技术、无线电与电视、农业机械化、计算机、电话、空调与制冷、高速公路、航天、互联网、成像技术、家电、保健科技、石化、激光与光纤、核能利用、新材料制造等。电力电子技术在推动科学技术和经济的发展中发挥着越来越重要的作用。进入21世纪，电力电子技术在节能减排方面发挥着重要的作用，它在新能源和智能电网、直流输电、电动汽车、高速铁路中发挥核心的作用。电力电子技术的应用从用电，已扩展至发电、输电、配电等领域。电力电子技术诞生近半个世纪以来，也给人们的生活带来了巨大的影响。
目前，电力电子技术仍以迅猛的速度发展着，电力半导体器件性能不断提高，并出现了碳化硅、氮化镓等宽禁带电力半导体器件，新的技术和应用不断涌现，其应用范围也在不断扩展。不论在全世界还是在我国，电力电子技术都已造就了一个很大的产业群。与之相应，从事电力电子技术领域的工程技术和科研人员的数量与日俱增。因此，组织出版有关电力电子新技术及其应用的系列图书，以供广大从事电力电子技术的工程师和高等学校教师和研究生在工程实践中使用和参考，促进电力电子技术及应用知识的普及。
在20世纪80年代，电力电子学会曾和机械工业出版社合作，出版过一套电力电子技术丛书，那套丛书对推动电力电子技术的发展起过积极的作用。近，电力电子学会经过认真考虑，认为有必要以电力电子新技术系列图书的名义出版一系列著作。为此，成立了专门的编辑委员会，负责确定书目、组稿和审稿，向机械工业出版社推荐，仍由机械工业出版社出版。
本系列图书有如下特色：
本系列图书属专题论著性质，选题新颖，力求反映电力电子技术的新成就和新经验，以适应我国经济迅速发展的需要。
理论联系实际，以应用技术为主。
本系列图书组稿和评审过程严格，作者都是在电力电子技术线工作的专家，且有丰富的写作经验。内容力求深入浅出，条理清晰，语言通俗，文笔流畅，便于阅读学习。
本系列图书编委会中，既有一大批国内资深的电力电子专家，也有不少已崭露头角的青年学者，其组成人员在国内具有较强的代表性。
希望广大读者对本系列图书的编辑、出版和发行给予支持和帮助，并欢迎对其中的问题和错误给予批评指正。

电力电子新技术系列图书
编辑委员会人类社会进入到21世纪以来，科学技术继续呈现高速发展态势，世界科技正处于革命性变革的前夜。科技对人类社会的文明进程产生了巨大的推动作用，能源危机和环境污染却制约着人类社会的发展。随着能源、环境和气候问题的加剧，节能减排、保护环境已成为全世界持续努力的目标和方向，能源结构正稳步向清洁低碳的方向转型。交通作为液体能源消费的主要领域，目前正加速朝着低碳、绿色、零排放的方向发展。自2012年中华人民共和国国务院发布《节能与新能源汽车产业发展规划（20122020年）》以来，我国坚持纯电驱动战略方向，新能源汽车产业发展取得了巨大成就，成为世界汽车产业发展转型的重要力量之一。本书作者着力于探索新型环保能源在汽车上的应用，全面介绍了当今世界新能源汽车的发展动态，深入阐述了电力电子技术在新能源汽车上的应用成果，为相关从业人员提供了一个了解和掌握新能源汽车发展的良好契机。
2020年10月，国务院办公厅正式发布《新能源汽车产业发展规划（20212035年）》，明确提出到2025年，纯电动乘用车新车百公里平均电耗将降至120kW·h，新能源汽车销售量达汽车新车销售总量的20%左右；到2035年，纯电动汽车成为新销售车辆的主流，公共领域用车全面电动化，燃料电池汽车实现商业化应用。该规划指出：在技术创新能力提升方面，要以动力电池与管理系统、驱动电机与电力电子、网联化与智能化技术为三横，构建关键零部件技术供给体系；在产业融合方面，要加强新能源汽车与电网的能量互动（V2G），促进新能源汽车与可再生能源高效协同。这一切都预示着新能源汽车的美好前景，本书正是基于此，深入介绍新能源汽车的发展成果，使广大读者更深入地了解新能源汽车。
本书以电力电子技术在新能源汽车上的应用为切入点，以7个章节的内容详细介绍新能源汽车的相关技术。其中，第1章主要介绍新能源汽车的发展背景和历史；第2章将新能源汽车划分为4种类型并分别进行基本知识的介绍；第3～5章分别介绍新能源汽车的电机驱动系统、储能系统和能源管理；第6章介绍电池包能量均衡管理技术，包括电池荷电状态估计与热管理技术等内容；第7章介绍新能源汽车充放电系统及当前备受关注的V2G和无线充电技术。本书着眼于电力电子技术在新能源汽车上的应用，因此用了大量的篇幅介绍电力电子技术的发展和主要成果，同时结合其应用，着力于各系统的控制技术，为新能源汽车的未来发展提出了展望，希望能使广大读者从实际的设计案例中深入了解新能源汽车在设计制造方面的主要知识。
电力电子技术的应用为新能源汽车的发展提供了广阔的发展空间。先进的电力电子器件的应用和控制技术的不断完善有利于提高新能源汽车的能源利用率，有利于不断挖掘新能源汽车在动力性能和经济性能上的潜力，有利于提高新能源汽车的科技含量，降低新能源汽车的设计和制造成本，是未来新能源汽车发展的主要方向。本书在介绍先进的电力电子技术时，运用大量实例和图表，使问题的阐述和论证更加严谨和形象，其实验论据充分，数学推导严谨，逻辑分析缜密，结论层次分明，论述通俗易懂，有较强的可读性。
当今我国的新能源汽车的研究方兴未艾，国内各大高校和研究机构，以及各大生产厂商都积极致力于电动汽车的基础性研究和主要方案的设计与开发。本书作者曾留学日本多年，多年来致力于新能源汽车的研究和电力电子技术在新能源汽车上的应用开发，对于新能源汽车的发展有着深刻的理解。本书的第1～5章由康龙云编写，第6、7章由令狐金卿编写，岳睿、林鸿业参与修改。本书的出版是机械工业出版社多方联系和努力的结果，并得到了西安交通大学博士周世琼、徐剑鸣等的大力支持和协助，在此一并表示诚挚的感谢。由于作者水平有限，如有不妥之处，诚请读者批评指正。

康龙云令狐金卿
于华南理工大学新能源研究中心
2021年6月

序言
前言
第1章绪论1
1.1常规汽车面临的挑战及能源环境1
1.1.1石油资源问题1
1.1.2气候变暖问题2
1.2新能源汽车及其发展历史2
1.3电力电子技术在新能源汽车中的应用4
1.3.1新能源汽车的组成5
1.3.2电力电子技术需要解决的问题5
1.4发展新能源汽车目前需要解决的问题6
参考文献7
第2章新能源汽车8
2.1纯电动汽车8
2.1.1纯电动汽车基本构造8
2.1.2纯电动汽车的驱动11
2.1.3纯电动汽车储能装置蓄电池13
2.2太阳能电动汽车14
2.2.1太阳能电动汽车基本构造16
2.2.2太阳电池光伏发电原理及特性18
2.2.3太阳能电动汽车太阳电池功率点跟踪系统20
2.2.4太阳能电动汽车的能源管理系统24
2.3燃料电池电动汽车25
2.3.1燃料电池电动汽车基本结构25
2.3.2燃料电池工作原理26
2.3.3燃料电池能源管理系统27
2.4混合动力汽车28
2.4.1混合动力汽车的种类28
2.4.2动力传动系统及控制31
参考文献32
第3章新能源汽车的电机驱动系统33
3.1新能源汽车电机驱动系统概述33
3.1.1新能源汽车电机驱动系统的种类及特点33
3.1.2新能源汽车对驱动电机的性能要求35
3.1.3驱动电机的分类36
3.2直流电机驱动系统37
3.2.1直流电机的基本构造37
3.2.2直流电机的性能特点37
3.2.3直流电机的调速方法40
3.3交流异步电机驱动系统41
3.3.1三相异步电机的构造及工作原理42
3.3.2交流异步电机的性能特点43
3.3.3交流异步电机的控制方法43
3.4永磁电机驱动系统48
3.4.1永磁电机的分类48
3.4.2永磁同步电机的结构特点48
3.4.3永磁同步电机的性能特点50
3.4.4永磁同步电机的控制方法51
3.4.5轮毂电机55
3.4.6永磁无刷直流电机的工作特性及控制技术59
3.5开关磁阻电机驱动系统60
3.5.1开关磁阻电机的结构特点及工作原理60
3.5.2开关磁阻电机的性能特点61
3.5.3开关磁阻电机的运行特性及原理63
3.5.4开关磁阻电机的控制方法65
3.5.5开关磁阻电机功率变换器实例68
3.6新能源汽车驱动系统的发展方向70
3.6.1电机的发展方向70
3.6.2驱动系统控制技术的发展方向71
参考文献72
第4章新能源汽车的储能系统75
4.1各种储能器件的特性75
4.2蓄电池储能77
4.2.1铅酸蓄电池77
4.2.2镍镉蓄电池84
4.2.3镍氢蓄电池85
4.2.4锂离子电池87
4.2.5蓄电池储能在新能源汽车中的应用88
4.3燃料电池储能90
4.3.1燃料电池的结构和原理90
4.3.2燃料电池的分类91
4.3.3燃料电池在新能源汽车中的应用95
4.4高速飞轮电池储能96
4.4.1高速飞轮电池的结构和工作原理96
4.4.2飞轮的材料98
4.4.3高速飞轮电池的充放电98
4.4.4高速飞轮电池在新能源汽车中的应用99
4.5超级电容储能100
4.5.1超级电容的结构和工作原理101
4.5.2超级电容的充放电101
4.5.3超级电容在新能源汽车中的应用102
参考文献105
第5章新能源汽车的能源管理108
5.1能源管理系统的功用108
5.2纯电动汽车的能源管理系统109
5.2.1纯电动汽车能源管理系统的组成109
5.2.2电池荷（充）电状态指示器109
5.2.3电池管理系统110
5.3混合动力汽车的能源管理系统111
5.4FHEV能源管理系统结构设计114
5.4.1FHEV能量源特性分析114
5.4.2FHEV混合动力结构及方案设计116
5.4.3FHEV能源管理系统结构设计120
5.4.4FHEV能源管理模式研究121
5.5动力锂离子电池管理系统的总体方案设计123
5.5.1锂离子电池的外特性123
5.5.2锂离子电池的管理系统124
5.5.3电池管理系统硬件设计128
参考文献131
第6章电池包能量均衡管理技术133
6.1电池荷电状态估计技术133
6.1.1荷电状态的定义133
6.1.2荷电状态估计的难点与挑战134
6.1.3荷电状态估计的经典评估方法135
6.1.4锂离子电池模型的建立138
6.1.5基于自适应容积卡尔曼滤波的SOC估计方法142
6.2电池热管理技术149
6.2.1电池热管理的必要性149
6.2.2单元级的电池热管理150
6.2.3模块级的电池热管理152
6.3电池电压均衡技术156
6.3.1电池均衡的意义157
6.3.2被动均衡技术157
6.3.3主动均衡技术158
6.3.4分层式双向无损主动均衡拓扑161
参考文献167
第7章新能源汽车充放电系统171
7.1蓄电池充电原理与充电器171
7.1.1充电方法171
7.1.2电池的充电过程176
7.1.3新能源汽车蓄电池充电器176
7.2新能源汽车制动能量回馈系统183
7.2.1几种常见的制动能量回收方法184
7.2.2电动汽车制动模式与能量回收的约束条件187
7.2.3永磁直流电机再生制动原理188
7.2.4电动汽车再生制动控制策略190
7.3新能源汽车能量系统的电源变换装置197
7.3.1DC/DC功率变换器197
7.3.2DC/DC变换器的种类与比较200
7.3.3DC/AC功率变换器202
7.3.4AC/DC功率变换器202
7.3.5电力变换装置在新能源电动汽车中的应用举例203
7.4新能源汽车与电网互动技术204
7.4.1V2G技术的意义204
7.4.2V2G系统及互动模式205
7.4.3具有V2G功能的充电设施规划要求207
7.5新能源汽车无线充电技术207
7.5.1电动汽车无线充电系统的基本结构207
7.5.2电动汽车无线充电技术的基本原理209
参考文献211

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